[1]Изобретение относится к диспергированию эмульсий и суспензий и может использоваться при водоподготовке во флотационных установках для аэрации грунтовых вод, в химической технологии, строительстве, для интенсификации растворения химических реагентов.
[2]Высокоэффективный гидростатический смеситель - устройство, предназначенное для усреднения концентраций и температур химических веществ в потоке жидкости. Устройство не содержат движущихся частей и не требуют для своей работы дополнительного подвода энергии, поскольку рабочий процесс реализован посредством преобразования механической энергии потока смешиваемых веществ. Смеситель устанавливается в трубопровод или линию подачи неоднородной среды, гомогенизацию которой требуется провести. Процесс гомогенизации среды протекает во время прохождения вещества через устройство.
[3]В основе конструкции устройства лежит смесительный блок, расположенный внутри внешнего герметичного корпуса. Смесительный блок является основным функциональным элементом смесителя и состоит, в свою очередь, из ряда смешивающих элементов специальной формы, имеющих особое пространственное расположение.
[4]Вещество неоднородное по температуре и концентрации, проходя через смесительный блок, претерпевает неоднократное разделение на изолированные потоки, изменение направления движения и скорости потока, в результате чего происходит рекомбинация отдельных объемов вещества. Кроме того, прохождение потока через пространственную структуру приводит к увеличению поверхности раздела смешиваемых сред. Рекомбинация потока вещества и увеличение поверхности раздела смешиваемых сред приводит к резкой интенсификации смешения, процессов тепло- и массообмена. Таким образом, проходя через смесительный блок, поток вещества претерпевает гомогенизацию.
[5]Такие устройство могут быть использованы в процессах водоподготовки, водообработки. а также в технологических процессах, применяемых в химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности.
[6]Существенным для таких устройств - гидростатических смесителей является выполнение пространственной структуры, разделяющей общий поток вещества на изолированные потоки, изменяющий направление движения и скорость потока для рекомбинации отдельных объемов вещества. Кроме того, на качественные показатели смешиваемого вещества при прохождении потока через пространственную структуру оказывают влияние и поверхности раздела смешиваемых сред.
[7]Так, например, из ЕР 1067352, B01F 5/06, F28F 13/06, F28F 9/22, опубл. 10.01.2001 г. (принято в качестве прототипа для всех заявленных объектов) известен гидростатический смеситель, содержащий корпус, предпочтительно в виде части трубы с присоединениями для ввода в полость корпуса подлежащего смешиванию и гомогенизации веществ жидкостного потока, при этом внутри корпуса размещен смесительный блок, представляющий собой набор сегментообразной формы пластин, расположенных на расстоянии друг от друга по длине полости корпуса и под углом, отличным от прямого, к продольной оси корпуса, пластины по несколько штук сгруппированы и пластины в каждой группе расположены под углом, отличным от прямого, к пластинам смежно расположенной группы, при этом пластины закреплены стержнях, которые размещены вдоль направления потока и на расстоянии друг от друга в поперечном этому потоку направлении.
[8]Недостаток данного решения заключается в высокой сложности его изготовления, заключающейся в том, что стержни пропущены через пластины и являются опорой для них. Но сами стержни имеют пространственное положение и разнесены относительно друг друга: их удерживают в этом положении только сами пластины. В связи с этим монтаж такой пространственной конструкции возможен только на специализированном стенде с применением специальной оснастки и требует определенного затратного времени для сборки и сварки пластин и стержней в одно целое. При этом положение пластин в момент сварки должно определяться шаблоном. Если учесть, что пластины сгруппированы, то получается, что все пластины в группе и группы пластин относительно друг друга сначала должны в пространстве каким-то образом быть зафиксированы под заданными углами, а потом через них пропущены стержни, которые также надо сначала сориентировать в пространстве, а потом приварить к пластинам.
[9]Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции и повышении ее технологичности для сокращения времени на монтаж конструкции.
[10]Указанный технический результат достигается тем, что гидростатический смеситель по первому варианту исполнения, содержащий размещаемый в трубчатом корпусе, выполненном с присоединениями для ввода и вывода из полости корпуса жидкостного потока, смесительный блок, включающий в себя сегментообразной формы пластины, расположенные на расстоянии друг от друга по длине полости корпуса и под углом, отличным от прямого, к продольной оси корпуса, при этом эти пластины закреплены на стержневых элементах, расположенных вдоль направления жидкостного потока, и на расстоянии друг от друга в поперечном этому потоку направлении, снабжен дисковыми кольцами, расположенными в корпусе на расстоянии друг от друга и поперек направления жидкостного потока, и каждое из которых выполнено с радиально направленными открытыми пазами, стержневые элементы выполнены в виде узких пластин, которые выполнены с поперечно направленными открытыми пазами и открытыми пазами, которые направлены под углом, отличным от прямого, к поверхности пластины, и установлены поперечно направленными открытыми пазами в открытых пазах дисковых колец для разделения полости корпуса по крайней мере на две секции, сегментообразной формы пластины выполнены по периметру с открытыми пазами и установлены направленными открытыми пазами в открытых пазах трех рядом расположенных узких пластин, в каждой секции закреплены две сегментообразной формы пластины, расположенные под одинаковым углом наклона и в совпадающем направлении к направлению жидкостного потока, при этом в каждой секции сегментообразной формы пластины связаны между собой посредством прямоугольной формы пластины, расположенной под углом наклона к направлению жидкостного потока и в направлении, противоположном направлению наклона сегментообразных пластин в этой секции.
[11]В этом варианте сегментообразной формы пластины, расположенные под одинаковым углом наклона и в совпадающем направлении к направлению жидкостного потока, связаны между собой одной прямоугольной формы пластиной, выполненной по периметру с открытыми пазами и установленной открытыми пазами в открытых пазах сегментообразных пластин.
[12]Указанный технический результат для второго варианта достигается тем, что гидростатический смеситель, содержащий размещаемый в трубчатом корпусе, выполненном с присоединениями для ввода и вывода из полости корпуса жидкостного потока, смесительный блок, включающий в себя сегментообразной формы пластины, расположенные на расстоянии друг от друга по длине полости корпуса и под углом, отличным от прямого, к продольной оси корпуса, при этом эти пластины закреплены на стержневых элементах, расположенных вдоль направления жидкостного потока и на расстоянии друг от друга в поперечном этому потоку направлении, снабжен дисковыми кольцами, расположенными в корпусе на расстоянии друг от друга и поперек направления жидкостного потока, и каждое из которых выполнено с радиально направленными открытыми пазами, стержневые элементы выполнены в виде узких пластин, которые выполнены с поперечно направленными открытыми пазами и открытыми пазами, которые направлены под углом, отличным от прямого, к поверхности пластины, и установлены поперечно направленными открытыми пазами в открытых пазах дисковых колец для разделения полости корпуса по крайней мере на две секции, сегментообразной формы пластины выполнены по периметру с открытыми пазами и установлены направленными открытыми пазами в открытых пазах трех рядом расположенных узких пластин, в каждой секции закреплены две сегментообразной формы пластины, расположенные под одинаковым углом наклона к продольной оси смесителя и в противоположных направлениях друг к другу, при этом в каждой секции одна сегментообразной формы пластина установлена своим открытым пазом в открытый паз другой сегментообразной пластины.
[13]Указанный технический результат для третьего варианта достигается тем, что гидростатический смеситель, содержащий размещаемый в трубчатом корпусе, выполненном с присоединениями для ввода и вывода из полости корпуса жидкостного потока, смесительный блок, включающий в себя сегментообразной формы пластины, расположенные на расстоянии друг от друга по длине полости корпуса и под углом, отличным от прямого, к продольной оси корпуса, при этом эти пластины закреплены на стержневых элементах, расположенных вдоль направления жидкостного потока и на расстоянии друг от друга в поперечном этому потоку направлении, снабжен дисковыми кольцами, расположенными в корпусе на расстоянии друг от друга и поперек направления жидкостного потока, и каждое из которых выполнено с радиально направленными открытыми пазами, стержневые элементы выполнены в виде узких пластин, которые выполнены с поперечно направленными открытыми пазами и открытыми пазами, которые направлены под углом, отличным от прямого, к поверхности пластины, и установлены поперечно направленными открытыми пазами в открытых пазах дисковых колец для разделения полости корпуса по крайней мере на две секции, сегментообразной формы пластины выполнены по периметру с открытыми пазами и установлены направленными открытыми пазами в открытых пазах трех рядом расположенных узких пластин, в каждой секции закреплены две сегментообразной формы пластины, расположенные под одинаковым углом наклона к продольной оси смесителя и в противоположных направлениях друг к другу и связанных между собой посредством двух прямоугольной формы пластин, которые расположены в противоположных направлениях друг к другу и соединены между собой путем установки одной пластины в открытый паз другой пластины.
[14]Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
[15]Настоящее изобретение поясняется конкретными примерами исполнения, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения требуемого технического результата.
[16]На фиг.1 представлена структурная схема гидростатического смесителя;
[17]фиг.2 - конструкция смесительного блока;
[18]фиг.3 - положение пластин в блоке по первому варианту исполнения по фиг.2;
[19]фиг.4 - положение пластин в блоке по второму варианту исполнения;
[20]фиг.5 - положение пластин в блоке по третьему варианту исполнения.
[21]Суть предложенного изобретения заключается в выполнении смесительного блока сборным из отдельных элементов: пластин двух отличных друг от друга форм, которые закрепляются съемно на стержнях, которые, в свою очередь, съемно крепятся на опорных кольцах.
[22]В общем случае высокоэффективный гидростатический смеситель состоит из внешнего герметичного цилиндрического (трубчатого) корпуса 1 с присоединениями 2 для ввода и вывода из полости корпуса жидкостного потока, арматуры ввода и дозирования реагентов 3 и смесительного блока 4. Общая схема устройства показана на фиг.1. При таком исполнении гидростатический смеситель устанавливается в разрыв трубопроводов. Допускается исполнение устройства в виде смесительного блока 4 без внешнего корпуса 1 и дополнительной арматуры. В этом случае смесительный блок устанавливается в полость трубы.
[23]Смесительный блок состоит из ряда пластин 5 и 6 специальной формы, имеющих особое пространственное расположение. Заданное пространственное расположение пластин, их закрепление в блоке и необходимая механическая прочность полученной сборки достигаются с помощью ряда вспомогательных продольных реек - полос 7 и системы поперечно располагаемых опорных колец 8. Конструктивная схема изделия показана на фиг.2.
[24]Дисковые опорные кольца 8 расположены в корпусе 1 на расстоянии друг от друга и поперек направления жидкостного потока и каждое из которых выполнено с радиально направленными открытыми пазами, сформированными по периметру внешней окружности.
[25]Смесительный блок 4 включает в себя сегментообразной формы пластины 5, расположенные на расстоянии друг от друга по длине полости корпуса и под углом, отличным от прямого, к продольной оси корпуса.
[26]Эти пластины 5 закреплены на стержневых элементах, расположенных вдоль направления жидкостного потока и на расстоянии друг от друга в поперечном этому потоку направлении. Стержневые элементы выполнены в виде узких пластин (полос 7), которые выполнены с открытыми пазами, поперечно направленными, и открытыми пазами, которые направлены под углом, отличным от прямого, к поверхности пластины. Полосы 7 установлены поперечно направленными открытыми пазами в открытых пазах дисковых колец для разделения полости корпуса по крайней мере на две секции.
[27]Сегментообразной формы пластины 5 выполнены по периметру с открытыми пазами и установлены направленными открытыми пазами в открытых пазах трех рядом расположенных узких пластин.
[28]В каждой секции закреплены две сегментообразной формы пластины, расположенные под одинаковым углом наклона и в совпадающем направлении к направлению жидкостного потока.
[29]По первому варианту исполнения (фиг.2 и 3) в каждой секции сегментообразной формы пластины связаны между собой посредством одной прямоугольной или близкой к такой форме формы пластины 6, выполненной по периметру с открытыми пазами и установленной открытыми пазами в открытых пазах сегментообразных пластин. Причем прямоугольной формы пластина 6 расположена под углом наклона к направлению жидкостного потока и в направлении, противоположном направлению наклона сегментообразных пластин в этой секции.
[30]По второму варианту исполнения (фиг.4) в каждой секции закреплены две сегментообразной формы пластины 5, расположенные под одинаковым углом наклона к продольной оси смесителя, но в противоположных направлениях друг к другу, при этом в каждой секции одна сегментообразной формы пластина 5 установлена своим открытым пазом в открытый паз другой сегментообразной пластины 5. В этом варианте конструкции используются две сегментообразные пластины большей площади, расположенные под противоположным углом к друг к другу и соединенные друг с другом напрямую без использования промежуточной прямоугольной пластины.
[31]По третьему варианту исполнения (фиг.5) в каждой секции закреплены две сегментообразной формы пластины 5, расположенные под одинаковым углом наклона к продольной оси смесителя, но в противоположных направлениях друг к другу. Эти пластины 5 связаны между собой посредством двух прямоугольной формы пластин 9, которые расположены в противоположных направлениях друг к другу и соединены между собой путем установки одной пластины 9 в открытый паз другой пластины 9. В этой же секции одна сегментообразной формы пластина 5 установлена своим открытым пазом в открытый паз смежно расположенной пластины 9 прямоугольной формы. При этом поверхности смежно расположенных и соединенных между собой пластин 5 и 9 могут лежать в одной или в разных плоскостях.
[32]Количество, форма и взаимное расположение смешивающих пластин, а также других конструктивных элементов могут варьироваться в зависимости от конкретных задач практического применения изделия.
[33]В смесительном блоке открытые прорези на дисковых опорных кольцах 8 выполнены по внешней периферии колец. Полосы 7, имеющие открытые прорези, выполненные по длине и разнесенные на заданном расстоянии друг от друга, вставляются в прорези дисковых опорных колец 8 так, что прорези на полосах обращены в сторону продольной оси блока (или корпуса). Крепление взаимно пересекающихся плоских элементов между собой путем размещения одного плоского элемента в прорези другого или совмещения прорезей на обоих плоских элементах является известным и широко применяется при креплении пластин в картонных перегородках для упаковочных коробок под стеклотару (бутылки). Такой пример исполнения решетки для упаковочной коробки, в которой взаимопересекающиеся пластины закреплены путем размещения во взаимных прорезях, описан, например, в патенте №67963. А пластины таким же образом фиксируются на полосах 7 и между собой. Учитывая, что все пластины пространственной конструкции расположены в разных направлениях под углом к продольной оси корпуса, то эта конструкция приобретает пространственную жесткость, достаточную для того, что она не рассыпалась при ее монтаже (установке) в корпус (трубу). После установки смесительного блока в трубчатый корпус и при прохождении под давлением жидкостного потока возможно, что часть соединений полос с опорными кольцами расслабится. Но поскольку пластины (полосы) монтируются по внешнему кругу опорных колец, то те полосы 7, которые вышли из открытых прорезей, упираются в стенку трубчатого корпуса и не имеют возможности полного раскрытия соединения. Прорези выполняются шириной, равной толщине вставляемых элементов. Возможно выполнение прорезей, при котором вставляемые элементы укладываются в прорези с натягом.
[34]В зависимости от технологии процесса и вида или типа жидкостного потока и смешиваемых ингредиентов элементы смесительного блока могут быть выполнены из металла или полимерных материалов. Все элементы смесительного блока выполнены в виде плоских прямолинейных пластин.
[35]Работает смесительный блок следующим образом. Исходная жидкость, например, с воздухом или с иным наполнителем поступает под давлением в смеситель. В результате удара струи, например, водовоздушной смеси о поверхность пластин образуются отраженные струи, направление которых в продольном сечении имеет форму веера. Встречное движение отраженных струй, резкое изменение направления потока способствуют образованию однородного поля скоростей с высоким градиентом в этой области корпуса. В результате действия сил, обусловленных динамическим давлением струй на различные участки поверхности, происходит их деформация и разрушение. Это позволяет получать на выходе из смесителя достаточно гомогенизированную жидкость.
[36]Настоящее изобретение промышленно применимо, имеет технологичную конструкцию, позволяющую существенно упростить как изготовление элементов смесительного блока, так и его монтаж.
